DE4446019A1 - Verfahren und Einrichtung zum Trennen eines Flüssigkeits-Feststoffgemisches - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Trennen von Flüssig­ keit und Feststoffen eines Flüssigkeits-Feststoffgemisches mit Hilfe einer Schubbodenzentrifuge mit wenigstens einer bis zur Innenoberfläche der sich auf der Schleudertrommel bildenden Schleudergutschicht reichenden Leitwand zur Bildung eines zwi­ schen dem Schubboden und der Leitwand befindlichen Strömungs­ raumes für das Schleudergut und mit einem zentrisch in die Schleudertrommel mündenden Einlaufrohr.

Bei bekannten Schubzentrifugen, beispielsweise nach der DE-PS 28 48 156, wird das Flüssigkeits-Feststoffgemisch über Reibungs­ effekte beschleunigt. Ein wesentlicher Teil der kinetischen Energie wird dem Schleudergut erst auf der Schleudertrommel selbst oder durch die auf der Schleudertrommel bereits befind­ liche Schleudergutschicht vermittelt. Von Nachteil ist, daß ein Teil der Flüssigkeit erst abgetrennt wird, wenn das zuge­ führte Schleudergut die Umfangsgeschwindigkeit der Schleuder­ trommel erreicht hat, d. h. auf der Schleudertrommel zur Ruhe gekommen ist. Die Aufgabemenge wird dabei durch die mittels Reibungswirkung übertragbare kinetische Energie begrenzt. Wird die Grenze überschritten, beginnt das Flüssigkeits-Feststoff­ gemisch, beispielsweise Maische, über die Schleudergutschicht zu fließen. Das kann zu deutlichen Unwuchterscheinungen füh­ ren, da sich im Schleudergut in Axialrichtung erstreckende Tä­ ler mit einer ungleichmäßigen Masseverteilung bilden. Alle Bau­ teile, die mit einer hohen Umfangsgeschwindigkeit gegen die sich langsam bewegenden Feststoffpartikel prallen, unterliegen einer hohen Materialbeanspruchung. Die stoßartige Energieüber­ tragung führt ferner produktabhängig zu einer mindestens teil­ weisen Zerstörung der Feststoffpartikel, beispielsweise eines Korns.

Es ist ferner bekannt, die Stärke der sich auf dem Innenumfang der Schleudertrommel bildenden Schleudergutschicht zu begrenzen und dafür eine Ringfläche zu verwenden. Sie verhindert das An­ wachsen der Schichtstärke bis zur natürlichen Schichtstärke, die sich während des Schubvorgangs von selbst bildet. Dadurch soll bei einigen Schleudergütern eine geringere Restfeuchte erzielt werden.

Nach der EP-0 224 232 und der deutschen Gebrauchsmusterschrift 93 04 72 31 ist es für Zentrifugen bekannt, zur Beschleunigung des Schleuderguts profilierte Radialpumpenelemente zu verwen­ den, die auch teilweise zur Förderung des Schleuderguts aus der Zentrifuge dienen. Eine weitere Verbesserung der Wirkung von Zentrifugen, insbesondere Schubbodenzentrifugen, ist mit den bekannten Mitteln nicht mehr erreichbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Gattung und eine Einrichtung zur Durchfüh­ rung des Verfahrens zu schaffen, womit es möglich ist, eine niedrigere Restfeuchte des Schleudergutes bei geringerem Ener­ gieeinsatz zu erreichen, d. h. eine weitere deutliche Wirkungs­ gradverbesserung zu erzielen, die gleichzeitig mit einer scho­ nenden Behandlung des Schleudergutes einhergeht. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß im Bereich des Schubbodens ein Stau­ druck erzeugt wird, der bis in den Strömungsraum zurückwirkt. Vorzugsweise wird ein Teil der Flüssigkeit mit Unterstützung des Staudrucks innerhalb des Strömungsraumes vom Gemisch ge­ trennt und bereits auf niedrigem Energieniveau abgeleitet.

Zur Erzeugung des Staudrucks wird die Innenoberfläche der ge­ bildeten Schleudergutschicht gegen das radial äußere Ende der Leitwand abgedichtet. Zwischen dieser und dem Schubboden wird somit ein Strömungsraum gebildet. In diesen hinein wirkt der Staudruck und kann genutzt werden, um einen Teil der Flüssig­ keit schon innerhalb des Strömungsraumes vom Gemisch zu tren­ nen und auf niedrigem Energieniveau abzuleiten.

Die Höhe des Staudrucks kann wirksam beeinflußt werden, wenn ein wesentlicher Teil der Bewegungsenergie formschlüssig auf das zu zentrifugierende Produkt übertragen wird, bevor dieses auf die Schleudertrommel gelangt. Hierfür können parallel zur Strömung gerichtete einfache Bleche dienen.

Der Staudruck läßt nur soviel des zu zentrifugierenden Produkts nachströmen, wie der Schubboden Platz schafft. Die Verwendung breiter zylindrischer Ringflächen durch zylindrische Ansätze an der Leitwand an einer oder zu beiden Seiten des Schubbodens sichert eine ausreichende Abdichtung, so daß kein Schleudergut axial nach außen strömen kann. Durch die effizientere Energie­ übertragung auf das Schleudergut ist die Erzeugung hoher Schichten bei großen Durchsätzen möglich. Eine größere Schleu­ dergutmenge wird vorbeschleunigt auf den Siebboden der Schleu­ dertrommel gebracht und die für das zu zentrifugierende Produkt erforderliche kinetische Energie wird dem Schleudergut auf schonende Weise zugeführt, wobei sich die Relativgeschwindig­ keit zwischen den einzelnen Bauteilen der Einrichtung und dem Flüssigkeits-Feststoffgemisch verringert. Insgesamt wird bei einer niedrigeren Restfeuchte des Schleuderguts eine erheb­ liche Wirkungsgradverbesserung erreicht.

Weitere, den Erfindungsgegenstand vorteilhaft gestaltende Merk­ male sind in den Ansprüchen angegeben.

In der Zeichnung sind drei Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt und nachstehend erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine doppeltwirkende Schubzentrifuge,

Fig. 2 eine einfachwirkende Schubzentrifuge,

Fig. 3 eine Doppelschubzentrifuge mit einem zu einer Sedi­ mentationskammer erweiteten Strömungsraum und

Fig. 4 die Anordnung von in Strömungsrichtung angeordneten einfachen Blechen zur Verstärkung des Staudrucks.

Die doppeltwirkende Schubzentrifuge enthält in einem Gehäuse 1 eine Schleudertrommel 2 mit einem darin angeordneten Schubboden 3, Leitwände 4 und 5, die sich an beiden Seiten des Schubbodens befinden und mit diesem starr verbunden sind. Beide Leitwände zusammen mit dem Schubboden sind über Schrauben 6 an dem Flansch 7 einer Schubstange 8 befestigt, die zusätzlich zur Rotation os­ zillierend Schubkräfte in Richtung des Doppelpfeiles auf den Schubboden 3 überträgt. Die Schubwelle 8 ist konzentrisch in der fest mit dem Trommelboden 11 verbundenen, hohlen Antriebs­ welle 10 der Schleudertrommel geführt.

Die Leitwände 4 und 5 sind mit zylindrischen Ansätzen 12 und 13 ausgerüstet, die sich parallel zum Siebboden der Schleuder­ trommel 2 erstrecken. Ihre äußeren Mantelflächen 14 und 15 bil­ den Dichtflächen für die Schleudergutschicht 16 an der inneren Mantelfläche der Schleudertrommel. Die Abdichtung verhindert, daß aus dem Strömungsraum 17 zugeführtes Schleudergut axial nach außen wandert und sorgt für den Aufbau eines Staudrucks, der bis in den Strömungsraum hineinwirkt.

Ein feststehendes, zentrales Einlaufrohr 18 ist durch eine zen­ trale Öffnung der Leitwand 5 geführt. In diesem Bereich ist die Leitwand nabenförmig verbreitert, um eine Dichtung, beispiels­ weise eine O-Ringdichtung 19 aufnehmen zu können. Die Nabe der Leitwand ist mit 20 bezeichnet. Ein Rückstrom von Schleudergut aus dem Strömungsraum 17 durch den Ringspalt 21 zwischen der Leitwand 5 und dem Einlaufrohr 18 nach außen wird somit zuver­ lässig verhindert und erlaubt den Aufbau des Staudrucks. Zur Erhöhung des Staudrucks sind in Strömungsrichtung weisende ein­ fache Bleche 22 zwischen den Leitwänden 4 und 5 vorgesehen und mit diesen verschraubt. Ein Teil der kinetischen Energie wird dem Schleudergut auf diese Weise formschlüssig zugeführt. Die Relativgeschwindigkeit zwischen dem Schleudergut und dem Schub­ boden wird verringert und schützt alle einen Strömungswider­ stand bildenden Einbauteile, insbesondere die Befestigungs­ schrauben 6 vor einem vorzeitigen Verschleiß. Zusätzlich unter­ stützt der Staudruck die Schubbewegungen des Bodens 3.

Bei den Ausführungen der Fig. 2 und 3 sind die gleichen Ein­ richtungsteile mit den gleichen Bezugsziffern versehen.

Die in Fig. 2 dargestellte Schubzentrifuge ist einfachwirkend. Der Schubboden 25 trägt durch Verschraubung eine Leitwand 26. Diese weist ebenfalls einen zylindrischen Ansatz 27 zur Bildung einer Dichtfläche 28 auf. Schubboden 25 und Leitwand 26 vollfüh­ ren ebenso wie bei der Ausführung gemäß Fig. 1 zusätzlich eine translatorische Bewegung. Der sich zwischen der Leitwand 26 und dem Schubboden befindliche Strömungsraum 31 hat, wie auch bei der Ausführung gemäß Fig. 1, einen sich radial auswärts konti­ nuierlich vergrößernden Strömungsquerschnitt.

Innerhalb des radial inneren Teils der Leitwand 26 befindet sich ein Hohlraum 29 mit einem integrierten Sieb oder Filter 30, das diesen Raum vom Strömungsraum 31 trennt. Hinter dem Sieb oder Filter sammelt sich anteilige Flüssigkeit aus dem Schleudergut, die über Bohrungen 32 im Nabenbereich der Leitwand aus der Zen­ trifuge geleitet wird. Das Trennen und Abführen der Flüssigkeit führt zu einer Vorentwässerung und wird durch den Druckgradien­ ten zwischen dem Strömungsraum 31 und dem Druck innerhalb des Auslaßrohres 35, welches das Einlaufrohr 33 konzentrisch um­ gibt, herbeigeführt.

Die Fig. 3 zeigt wieder eine doppeltwirkende Schubzentrifuge mit profilierten Leitwänden 40 und 42, die mit dem Flansch 7 der Schubwelle 8 verschraubt sind. Zwischen den leitflächen 40 und 42 wird durch die Profilierung eine Sedimentationskammer 43 ge­ schaffen, die zusammen mit dem Schubboden 3 zusätzlich zur Dre­ hung oszillierende, translatorische Bewegungen ausführt. In der Sedimentationskammer sind rotationssymmetrisch angebrachte Bleche 44 vorgesehen, um das zugeführte Flüssigkeits-Feststoff­ gemisch in Rotation zu versetzen. Die Neigungen der Seitenwände der Rotationskammer sind etwas steiler als sie dem Reibungswi­ derstand des Sediments auf den Materialoberflächen entsprechen würden. Im radial äußeren Bereich ist der Strömungsquerschnitt in radialer Fließrichtung zum Ausgang konstant oder leicht zu­ nehmend. Ein umlaufender Steg 45 ist gegen das Einlaufrohr 18 abgedichtet und trennt den Sedimentationsbereich räumlich von einem Abzugsbereich 46 für Flüssigkeitsanteile, so daß sich auch hier eine Unterstützung der Vorentwässerung ergibt. Die Flüssigkeit wird durch den Zwischenraum zwischen dem Einlauf­ rohr 18 und dem Abzugsrohr 35, welches das Einlaufrohr konzen­ trisch umgibt, nach außen geführt. Die äußeren Umfangsflächen 47 und 48 der die Sedimentationskammer einfassenden leitwände bilden auch hier die ringförmigen oder zylindrischen Dichtflä­ chen am Schleudergut 16, um den Durchtritt von Schleudergut in axialer Richtung zu verhindern.

Die Verwendung von Filtern und Sieben ist in der Verfahrenstech­ nik zwar üblich, ihr Einsatz zur Nutzung eines Staudrucks bei gefülltem Einlauf in einer Schubzentrifuge ist neu und dient der Abtrennung eines Teils der Flüssigkeit bei kleinen Dichteun­ terschieden zwischen Flüssigkeit und Feststoff. Bei der Aus­ führung gemäß Fig. 3, die der Trennung von Flüssigkeit und Feststoff bei deutlichen Dichteunterschieden dient, kann durch die Verwendung des um laufenden Steges 45 auf ein Sieb verzich­ tet werden. Flüssigkeit, beladen mit Feststoff, strömt solange in die Sedimentationskammer, bis die über den Radius gemittel­ te Dichte zu beiden Seiten des Steges den gleichen Wert hat. Momentan herrscht dann Druckausgleich in axialer Richtung.

Die Konstruktion gemäß Fig. 3 kann auch als Schubdekanter be­ zeichnet werden, der mit dem Zentrat, also der abgeführten Flüssigkeit, die feinste Fraktion aus dem Schleudergut entfernt und damit die Steilheit des Kornspektrums des Schleudergutes erhöht. Durch eine asymmetrische Einspeisung in die Sedimenta­ tionskammer wird dem der Einfuhröffnung gegenüberliegenden Be­ reich eine etwas gröbere Kornfraktion zugeführt als dem Sedi­ mentabzug im vorderen Bereich und damit ebenfalls die Steilheit der Korngrößenverteilung beider Bereiche erhöht. Neben der Korn­ form beeinflußt die Korngrößenverteilung das Zwickelvolumen eines Haufwerks und damit die Durchlässigkeit der Schleudergut­ schicht. Mit dem Staudruck wird auch hier die Schubarbeit redu­ ziert und das Zentrat auf niedrigerem Energieniveau aus der Maschine geführt als das Schleudergut.

Claims (12)

1. Verfahren zum Trennen von Flüssigkeit und Feststoffen eines Flüssigkeits-Feststoffgemisches mit Hilfe einer Schubbodenzen­ trifuge mit wenigstens einer bis zur Innenoberfläche der sich auf der Schleudertrommel bildenden Schleudergutschicht reichen­ den Leitwand zur Bildung eines zwischen dem Schubboden und der Leitwand befindlichen Strömungsraumes für das Schleudergut so­ wie mit einem zentrisch in die Schleudertrommel mündenden Ein­ laufrohr, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Schubbo­ dens ein Staudruck erzeugt wird, der radial bis in den Strö­ mungsraum zurückwirkt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Flüssigkeit innerhalb des Strömungsraumes mit Unter­ stützung des Staudrucks vom Gemisch abgetrennt und als Zentrat auf niedrigem Energieniveau abgeleitet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem zu zentrifugierenden Flüssigkeits-Feststoffgemisch ein Teil der Bewegungsenergie formschlüssig vermittelt wird.

4. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch Dichtmittel zur Abdich­ tung der Leitwand (4, 5; 26; 40, 42) gegen die Innenoberfläche der Schleudergutschicht (16).

5. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitwand an ihrem Außenumfang mit einem sich in Längsrichtung der zur Schleudertrommel (2) erstreckenden zylindrischen Ansatz (12, 13; 27) als Dichtelement versehen ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 4 oder 5, gekennzeichnet durch Ein­ bauelemente zur Ableitung eines Teils des abgetrennten flüssi­ gen Zentrats parallel zum Einlaufrohr (18).

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Einlaufrohr konzentrisch von einem Rohr (35) zur Ableitung von Zentrat umgeben ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Einbauelement ein Sieb oder Filter (30) vorgesehen ist.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der radial innere Bereich des Strömungsraumes zu einer Sedimentationskammer (43) erweitert ist.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Einlaufrohr asymmetrisch in der Nähe der der Eintrittsöffnung gegenüberliegenden Wand (42) der Sedimen­ tationskammer (43) endet.

11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß im Strömungsraum (17, 31) und in der Sedimen­ tationskammer (43) parallel zur Strömung gerichtete und mit den Leitwänden rotierende Bleche (22, 44) angeordnet sind.

12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Bleche (44) in der Sedimentationskammer Bereiche positiver und negativer Beschleunigung für das Schleudergut bilden, und daß ein das Einlaufrohr umfassender Steg (45) zur Unterstützung der Trennung der beiden Bereiche vorgesehen ist.